這兩天和一個年前的同事一起配合完成一個項目，主要是他做個上位機，然後給我發報文，但是在發送報文的時候有點不清楚無符號和有符號之間的轉化，其實符號數和無符號數算是編程中較為基礎的部分，今天就來說說這裡面的門道道。

說到符號數，首先就得明確原碼，補碼，反碼這三個碼。計算機中的數不管是什麼數都是通過二進制補碼的形式來存儲的，無論是正數或者負數，整數還是小數都是通過二進制存儲。(小數一般稱作浮點數，目前很多CPU包括嵌入式系統都是支持浮點數運算的，今天主要講整數的情況) 而在內存中，數據都是以補碼形式存儲的，正數的補碼、反碼和原碼都是相同的，而負數的補碼則是其原碼取反加1，因此統一來說，其實數據都是以補碼形式存儲（雖然正數的補碼和原碼是一樣的）。

舉個例子，比如我定義一個char類型的變量，char a=12，它是正數，對應的二進制原碼是0000 1100，它的反碼也是0000 1100 ，它的補碼也是0000 1100，因此它存儲在內存中也就是0000 1100這個值。 如果我定義一個變量 char a =-12 ，它是負數，對應的二進制原碼是1000 1100（註意，一般對於有符號變量，第一位為符號位,0代表是正數而1代表是負數），它的反碼是1111 0011（符號位是不取反的），它的補碼則是1111 0100，因此這個數在內存中就是以1111 0100這個數來存儲的。

到目前為止還是比較清楚的，那接下來呢。如果我定義char a=241 ，char b=-15兩個變量，比較這兩個數的大小。乍一看，你可能想當然就認為a>b瞭，實則不然，這隻是人的慣性思維。然後細心的朋友一看，說這個定義有問題，問題在於a變量，因為定義瞭一個char類型變量，這個是有符號數變量，因為最高位是符號位，有效數值隻能從-127~127,因此定義瞭一個超過127或者小於-127的數都是錯的，能看出這點說明基礎還是很紮實的。然而在很多編譯器編譯時並不會報這個錯，最多報警告，有的編譯器甚至不報錯。這其實是一種數值的溢出，但是並不妨礙數據能夠被完整的保存下來，此時a被編譯器看作是個正數，其補碼等於原碼是1111 0001，b則被編譯器當作是負數，其原碼是1000 1111，補碼則是1111 0001，也就是說兩者在內存中的存儲的形式是一樣的，而對兩者進行比較大小時，此時編譯器對於變量a當作是有符號數並且是負數（因為內存中存儲的最高位是1），所以變量a被編譯器當作瞭數值是-15，因此結果竟是a=b。

那我現在換一個思路，如果是負數溢出呢，我定義一個char a=-200，char b=56兩個變量，同樣的，對於數值a，編譯器會當作是一個負數，其原碼是1 1100 1000，這裡為瞭體現其是負數，由於溢出特地在最高位補瞭數值1，其補碼則是1 0011 1000，此時在內存中就會把數據存儲為0011 1000，存儲的時候該數竟然成為瞭一個正數，而b變量是正數，存儲成0011 1000，因此此時比較時，編譯器又將這兩個值作為相等瞭，即a=b。（很多編譯器對於負數溢出時比較敏感的，一般這種情況，很多編譯器至少是要報警告的）

接下來我們再看一個例子：

得到的結果：

612ae73e0e258f65258beb768d25964f

首先看第一個判斷，根據上文我們的瞭解，a==b肯定是成立的。

再看第二個判斷，c=a+1，a在內存中存儲形式為1111 0001，因此用它進行+1操作時，編譯器其實是將數據a當作-15來進行運算的，因此c=-15+1，為-14，因此第二個判斷c==-14也是成立的。

再看第三個判斷，c作為一個變量，數值為-14，其在內存中的存放的是補碼形式，因此在內存中存放的格式為1111 0010，這麼一看好像比較的時候就是0xF2，實則不然，因為這裡的0xF2並不是一個變量，它本身並不存放在內存變量區域，因此0xF2實際就是242，-14顯然是不等於242這個數值的，因此c並不等於0xF2(記住這裡的重點是0xF2並不是一個變量，而是一個常量，並不是像之前存放在內存中的那些以補碼形式存放的變量）

第四個判斷就比較好理解瞭，d其實是溢出的一個變量，因此其存放以補碼形式存放，編譯器會將其以1111 0010存放，實際上編譯其就會將其作為-14來處理。因此c==d是成立的。

上面都是帶符號數的一些情況，接下來討論無符號數的情況。無符號數和有符號數表示的范圍不同，同樣定義一個unsigned char類型變量，這個變量能夠表示0~255之間的數，不在這個范圍內則同樣是屬於溢出的情況。定義一個unsigned char a=0xF1，unsigned char b=-15，對於變量a，編譯器會判定是正數，存放的時候就是1111 0001的形式，而對於變量b，顯示是屬於溢出的情況，但是編譯器會是將其先以負數的補碼形式存放，即1111 0001，而後將其拿出來和a比較時，由於定義的是unsigned char類型變量，因此最高位不在是符號位，所以b的值就等於0xF1，結論就是a=b。

再來看下面的例子：

fa449ebd91f5ab9777c57da774b4c289

得到的結果是：

第一個判斷上述已經討論過。

第二個判斷，c=b+1，b這個時候被編譯器編譯成瞭0xF1，因此肯定是不會等於-14的。

第三個判斷，c=b+1，0xF1+1，等於0xF2，因此成立。

第四個判斷同樣的情況。

這裡我們最後做個總結，對於定義的無符號數或者有符號數，無論是否溢出，編譯器都會首先將其以補碼的形式保存（正數等於其原碼，負數等於原碼取反+1），當變量在後面的程序操作時（比如運算、比較等），再會根據定義的變量的形式做操作，也就是其實這些操作都是編譯器來進行的，而對於CPU本身，其存放的都是數值的補碼，並不能判斷其數值的正負。所以當你定義一個unsigned char a=0xFE時，如果要將其轉化成char類型變量進行數據傳輸，可以進行強制轉換，因此char a=0xFE，在內存中存儲時也是以1111 1110的形式存儲的，並不妨礙。

本文謝絕轉載，雖然比較基礎，但是也是在編程的時候比較重要的，喜歡的話就點關註我吧，我會不定時更新一些文章，都是我在工程項目中一些遇到的。